Desarrollo de matrices a base de alginatos con aplicación en Ingeniería de Tejido Óseo y Cartilaginoso

• Autores: Torres, María Luz
• Año de publicación: 2020
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Fernández, Juan Manuel; Oberti, Tamara Gisela
• Materia: Biología; Tejido óseo; Cartílago; Alginatos; Biomateriales
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

Ingeniería de tejido ha sido definida como una ciencia interdisciplinaria cuyo fin es la síntesis de materiales que logren mejorar o a restaurar el tejido dañado con el fin de establecer terapias alternativas para tratamientos en caso de pérdida de tejido o fallas de órganos esenciales, ya que los trasplantes están frecuentemente limitados por la escasez de donantes y el alto riesgo de rechazo o transferencia de enfermedades. Por este motivo, el presente trabajo de tesis tiene como objetivo el desarrollo de hidrogeles basados en alginato de sodio que permitan la regeneración de tejido óseo y cartilaginoso. En una primera etapa de este trabajo, se extrajo alginato de sodio de la nervadura y lámina del alga parda Undaria pinnatifida. Junto con el polisacárido de origen comercial, los aislamientos fueron caracterizados fisicoquímicamente. Además, con el objetivo de minimizar su posible potencial inmunogénico, se utilizó un método de purificación simple que permitió disminuir impurezas tales como proteínas y polifenoles. Para evaluar el éxito de este proceso, se analizó la producción de un marcador de citotoxicidad y la morfología de un modelo de macrófagos en cultivo (RAW 264.7) en presencia de los distintos alginatos, observándose que el efecto tóxico inicial de las muestras crudas resultó prevenido sin producir cambios relevantes en las características fisicoquímicas del polímero. Además, al estudiar la capacidad osteogénica del polisacárido, se encontró que la proliferación y diferenciación de CPMO se vio favorecida con la purificación del mismo. Por otra parte, se procedió a la síntesis de hidrogeles de alginato entrecruzados iónicamente con estroncio con el fin de obtener materiales con actividad osteogénica y capacidad de liberación droga de manera localizada en el sitio de interés. Se lograron matrices de gran hinchamiento, pero con un porcentaje de degradabilidad muy alto, alcanzado luego de sólo 24 h, motivo por el cual se planteó un nuevo diseño para la fabricación de scaffolds a base de alginato. Posteriormente, se desarrollaron biomateriales a partir de la síntesis de redes poliméricas de HEMA-EGDMA semi-interpenetradas (SIPN) con alginato. Con este método se obtuvieron cuatro hidrogeles en los que se variaron las proporciones de iniciador y entrecruzante para obtener una familia de SIPN con propiedades versátiles (HA, HA-E0.5, HA-E0.25 y HA-A0.5), además de una matriz sin alginato (pHEMA) con el fin de evaluar el efecto producido por la incorporación del polisacárido al material. Estos fueron observados por SEM y se le realizaron pruebas de hinchamiento, degradación, pruebas mecánicas y medidas de ángulo de contacto. Se encontraron materiales con porosidad baja, pero con mejoras en la capacidad de hinchamiento y degradabilidad debida a la incorporación de alginato a la matriz polimérica. Además, se encontró que HA y HA-E0.25 presentaron propiedades mecánicas en el orden del tejido cartilaginoso. Por su parte, los estudios in vitro mostraron que los materiales con alginato exhibieron una muy buena biocompatibilidad. También se demostró la versatilidad de estos hidrogeles, ya que permitieron la adhesión y proliferación de tres tipos celulares distintos. Además, el agregado de alginato favoreció el desarrollo osteogénico de las células progenitoras de médula ósea (CPMO) y el crecimiento de condrocitos primarios, estabilizando el fenotipo condrogénico en el tiempo tanto con respecto a pHEMA como a las células crecidas en monocapa sobre el plato de cultivo estándar. Por su parte, también se evaluó la respuesta inmunogénica con RAW 264.7, encontrando que la incorporación del polisacárido a una red polimérica de HEMA-EGDMA previene un posible efecto citotóxico de pHEMA. Por último, se empleó un modelo in vivo para evaluar tres (pHEMA, HA y HA-E0.25) de nuestros biomateriales como sustitutos óseos. Se seleccionó un modelo de lesión en calota en roedores ampliamente utilizado por otros investigadores. En el defecto creado, se implantaron los hidrogeles con previa hidratación en PBS durante dos días. En la evaluación histológica realizada sobre los cortes teñidos con Hematoxilina-Eosina no se evidenció rechazo del material, observándose la formación de tejido conjuntivo denso y frentes de reosificación en HA y HA-E0.25. Sin embargo, no se apreció la penetración celular hacia el material, lo que indica que es necesario rediseñar la arquitectura de los scaffolds para aumentar su porosidad. En conjunto, estos resultados resultan muy prometedores en cuanto a la potencialidad de HA, HA-E0.5, HA-E0.25 y HA-E0.5 para ser utilizados como sustitutos biológicos en regeneración ósea y/o cartilaginosa.
Doctor en Ciencias Exactas, área Ciencias Biológicas
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ciencias Exactas